本技术属于微生理系统技术领域,特别是一种创新的三维人体微生理系统,旨在模拟人体的三维解剖结构。系统由多个仿生模块组成,包括头顶盖、头颈、心肺、腰腹、小臂、臀腿和小腿模块等,每个模块内都设有对应人体结构的器官腔室,且每个腔室在模块表面至少有一个开口。系统内部还设有管路通道,当模块组合成完整仿生体时,这些通道形成至少两条独立的通路,与器官腔室相连。该系统以其高度仿真的人体结构和功能分区,保证了仿真效果的可靠性和准确性,优秀的仿生性能使其能更精确地模拟人体器官间的相互作用和整体功能,为药物筛选和精准医疗提供了一个有效的研发实验平台。
背景技术
具有多个“器官”的微生理系统,也被称为人体芯片,为药物发现提供了强大的工具。这项技术能够预测候选药物对整个人体的影响,而不仅仅是对单个器官或组织的影响。为了准确地复制人体,人体芯片需要来自人体的细胞或组织。这方面的进展很快,2023年4月20日,中国国家药监局药物审评中心批准了一种利用来自iPSCs的NK细胞的细胞疗法,这是一个重要的里程碑。然而,通过人体芯片实现对人体的全面模拟需要的不仅仅是使用人体细胞或组织。人体的三维特性及其复杂的解剖结构,也需要在人体芯片的设计和制造中加以考虑,因为它从根本上决定了器官间的交流和器官功能。
例如,肝脏在上腹部的位置并不是随机选择的,它是由各种因素决定的,包括大小、功能以及与邻近器官的复杂相互作用。当肝脏通过肝门静脉接收来自消化系统的营养丰富的血液时,这种位置有利于有效的血液处理和过滤。肝脏执行重要的任务,如代谢、解毒、营养储存和胆汁生产。它靠近胆囊和胰腺等重要结构,进一步支持消化和营养吸收。肝脏通过血管、胆管和神经组成的复杂网络与其他器官连接,实现与邻近生理实体的无缝沟通和协调。
同样,肾脏也强调了它位于腰后部腹膜后间隙内的特殊位置的重要性。这种经过深思熟虑而非随意选择的定位,是其在废物过滤、水和电解质平衡调节以及尿液产生中发挥关键作用的基础。其靠近主要血管,如肾动脉和静脉,可以优化肾脏对血液的过滤。此外,它们与膀胱相邻,为尿液通过输尿管提供了相对较短的通道。
传统的模拟人体的体外模型是人体芯片,然而目前的人体芯片仍然是二维的,未能考虑到人体的三维解剖结构,而这正是塑造器官相互作用和功能的关键,二维人体芯片忽略了由实际上每个器官在人体中固定的三维位置所导致的影响,难以忠实地模拟人体的复杂性和整体功能。
实现思路